Klebstoffe: Wie sie funktionieren und warum sie haften

Ein Klebstoff ist eine Substanz, die zwei oder mehr Gegenstände miteinander verbindet. Es wird häufig im Baugewerbe, beim Buchbinden und sogar im Kunsthandwerk verwendet. Aber was genau ist das? Schauen wir uns die Definition und Geschichte von Klebstoffen an. Außerdem verrate ich ein paar interessante Fakten über das klebrige Zeug.

Es gibt viele Arten von Klebstoffen, aber eines haben sie alle gemeinsam: Sie sind klebrig. Aber wie klebrig ist klebrig genug? Und wie misst man die Klebrigkeit? Ich werde in diesem Leitfaden darauf eingehen.

Was ist also ein Klebstoff? Lass es uns herausfinden.

Aufgeklebter Kleber: Ein umfassender Leitfaden

Klebstoff, auch Leim genannt, ist eine Substanz, die auf eine oder beide Oberflächen zweier separater Gegenstände aufgetragen wird, um diese miteinander zu verbinden und ihre Trennung zu verhindern. Es handelt sich um ein nichtmetallisches Material, das in verschiedenen Formen und Typen vorkommt und in modernen Design- und Bautechniken weit verbreitet ist. Klebstoffe sind in Hunderten von Varianten erhältlich, jede mit ihren eigenen einzigartigen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten. Zu den wichtigsten Formen von Klebstoffen gehören:

• Natürliche Klebstoffe: Hierbei handelt es sich um Klebstoffe, die aus natürlichen Materialien wie Stärke, Eiweiß und anderen pflanzlichen und tierischen Bestandteilen hergestellt werden. Sie werden oft als „Kleber“ bezeichnet und umfassen Produkte wie Tierhautleim, Kaseinleim und Stärkekleister.
• Synthetische Klebstoffe: Dabei handelt es sich um Klebstoffe, die durch Verarbeitung und chemische Reaktionen entstehen. Dazu gehören Produkte wie Polymerklebstoffe, Schmelzklebstoffe und Klebstoffe auf Wasserbasis.
• Lösungsmittelbasierte Klebstoffe: Dabei handelt es sich um Klebstoffe, die in flüssiger Form vorliegen und zum Auftragen ein Lösungsmittel erfordern. Dazu gehören Produkte wie Kontaktzement und Gummizement.
• Feste Klebstoffe: Dies sind Klebstoffe, die in fester Form geliefert werden und zur Aktivierung Wärme, Druck oder Wasser erfordern. Dazu gehören Produkte wie Heißklebestifte und Epoxidharz.

Wie wird Klebstoff vorbereitet?

Die Art der Klebstoffvorbereitung variiert je nach Art des herzustellenden Klebstoffs. Zu den allgemeinen Schritten gehören jedoch:

• Mischen der Bestandteile im richtigen Verhältnis
• Verarbeiten Sie die Mischung, um die gewünschte Konsistenz und Farbe zu erhalten
• Lassen Sie den Klebstoff trocknen oder aushärten, bis er seine ursprüngliche Festigkeit erreicht hat
• Verpackung des Klebstoffs zum Verkauf

Welche Eigenschaften hat Klebstoff?

Klebstoff verfügt über eine Reihe wichtiger Eigenschaften, die ihn zu einem nützlichen Material für eine Vielzahl von Anwendungen machen. Zu diesen Eigenschaften gehören unter anderem:

• Haftung: Die Fähigkeit des Klebstoffs, an einer Oberfläche zu haften
• Kohäsion: Die Fähigkeit des Klebstoffs, sich selbst zusammenzuhalten
• Klebrigkeit: Die Fähigkeit des Klebstoffs, schnell an einer Oberfläche zu haften
• Abbindezeit: Die Zeit, die der Klebstoff benötigt, um vollständig zu trocknen bzw. auszuhärten
• Haltbarkeit: Die Zeitspanne, die der Klebstoff gelagert werden kann, bevor er zu zerfallen beginnt
• Empfindlichkeit gegenüber Wasser, Hitze oder anderen Umweltfaktoren: Einige Klebstoffe reagieren empfindlicher auf diese Faktoren als andere
• Haltekraft: Die Fähigkeit des Klebstoffs, einer Trennung nach dem Auftragen zu widerstehen

Die Entwicklung der Klebstoffe: Eine klebrige Geschichte

Seit Jahrtausenden verwendet der Mensch Klebstoffe. In antiken Stätten aus dem Pleistozän vor über 40,000 Jahren wurden Hinweise auf leimartige Substanzen gefunden. Archäologen haben Hinweise auf von Menschen verwendete Klebematerialien in verschiedenen Formen gefunden, darunter:

• Birkenrindenteer: Der älteste bekannte Klebstoff wurde vor etwa 200,000 Jahren in Italien entdeckt. Es bestand aus Birkenrinde und Asche, die miteinander vermischt und erhitzt wurden, um eine klebrige Masse zu erzeugen.
• Ton: Die Menschen der Antike verwendeten Ton, um Teile ihrer Werkzeuge und Waffen zu verbinden.
• Bienenwachs: Griechen und Römer verwendeten Bienenwachs, um die Holzsegmente ihrer Bögen zu verbinden.
• Ocker: Dieses natürliche Pigment wurde mit tierischem Fett vermischt, um eine Paste herzustellen, die in der Mittelsteinzeit zum Kleben von Artefakten verwendet wurde.
• Gummi: Die alten Ägypter verwendeten Gummi aus Akazienbäumen als Klebstoff für den Bau.

Entwicklung der Klebstoffproduktion

Im Laufe der Zeit erweiterten die Menschen ihr Angebot an Klebematerialien und verbesserten den Herstellungsprozess. Einige Beispiele sind:

• Tierischer Kleber: Dieser Kleber wurde durch Kochen von Tierknochen, Haut und Sehnen hergestellt, um eine Flüssigkeit herzustellen, die als Kleber verwendet werden konnte. Es wurde häufig in der Holzbearbeitung und beim Buchbinden verwendet.
• Kalkmörtel: Die Griechen und Römer verwendeten Kalkmörtel, um Steine ​​und Ziegel im Bauwesen zu verbinden.
• Flüssigkleber: Im 20. Jahrhundert wurden Flüssigkleber entwickelt, die das Auftragen von Klebstoffen auf Oberflächen erleichterten.

Die Rolle der Wissenschaft bei der Klebstoffentwicklung

Mit dem Fortschritt der Wissenschaft schritt auch die Entwicklung von Klebstoffen voran. Wissenschaftler begannen, die chemischen Eigenschaften von Klebstoffen zu untersuchen und mit neuen Inhaltsstoffen zu experimentieren, um stärkere und wirksamere Produkte herzustellen. Zu den bemerkenswerten Fortschritten gehören:

• Synthetische Klebstoffe: Im 20. Jahrhundert wurden synthetische Klebstoffe entwickelt, die auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten werden konnten und über verbesserte Klebeeigenschaften verfügten.
• Schmelzklebstoffe: Diese Klebstoffe sind bei Raumtemperatur fest, können aber geschmolzen und auf Oberflächen aufgetragen werden. Sie werden häufig in der Verpackungs- und Holzverarbeitung verwendet.
• Epoxidklebstoffe: Epoxidklebstoffe sind für ihre Fähigkeit bekannt, eine Vielzahl von Materialien zu kleben, darunter Metall, Kunststoff und Holz.

Adhäsion: Die klebrige Wissenschaft hinter der Bindung

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Unter Adhäsion versteht man die Fähigkeit eines Klebstoffs, an einer Oberfläche zu haften. Dabei kommt es zur Bildung chemischer und physikalischer Bindungen zwischen Klebstoff und Fügeteil. Die Stärke der Bindung hängt von den intermolekularen Kräften zwischen den beiden Oberflächen ab.

Die Rolle der Grenzflächenkräfte

Bei der Adhäsion spielen Grenzflächenkräfte eine entscheidende Rolle. Zu diesen Kräften gehören Adsorption, mechanische, physikalische und chemische Kräfte. Bei der Adsorption handelt es sich um die Anziehung von Partikeln an eine Oberfläche, während bei mechanischen Kräften der physische Kontakt zwischen dem Klebstoff und dem Fügeteil entsteht. Durch chemische Kräfte entstehen kovalente Bindungen zwischen dem Klebstoff und dem Fügeteil.

Die Mechanismen der Adhäsion

An der Adhäsion sind mehrere Mechanismen beteiligt, darunter:

• Benetzung: Hierbei handelt es sich um die Fähigkeit des Klebstoffs, sich über die Oberfläche des Fügeteils auszubreiten.
• Oberflächenenergie: Damit ist die Energie gemeint, die erforderlich ist, um den Klebstoff vom Fügeteil zu trennen.
• Kontaktwinkel: Dies ist der Winkel, der zwischen dem Klebstoff und dem Fügeteil am Kontaktpunkt gebildet wird.
• Korngrenze: Dies ist der Bereich, in dem zwei Körner in einem festen Material aufeinandertreffen.
• Polymerstruktur: Damit ist die Anordnung der Moleküle im Klebstoff gemeint.

Die Bedeutung der Adhäsion beim Kleben

Die Haftung ist ein wichtiger Faktor im Klebeprozess. Sie bestimmt die Fähigkeit des Klebstoffs, seine gewünschte Funktion zu erfüllen. Der erforderliche Haftungsgrad hängt von der Art der zu verklebenden Materialien, der Gestaltung der Verbindung und der erforderlichen Leistung ab.

Die verschiedenen Arten von Klebstoffen

Es gibt verschiedene Arten von Klebstoffen, darunter:

• Chemische Klebstoffe: Hierbei handelt es sich um Klebstoffe, die eine chemische Verbindung mit dem Fügeteil eingehen.
• Physikalische Klebstoffe: Dies sind Klebstoffe, die auf intermolekularen Kräften beruhen, um sich mit dem Fügeteil zu verbinden.
• Mechanische Klebstoffe: Dies sind Klebstoffe, die auf mechanischen Kräften beruhen, um sich mit dem Fügeteil zu verbinden.

Die wichtigsten bei der Adhäsion verwendeten Techniken

Zu den wichtigsten beim Kleben verwendeten Techniken gehören:

• Oberflächenvorbereitung: Dabei wird die Oberfläche des Fügeteils vorbereitet, um eine gute Haftung zu gewährleisten.
• Klebstoffauftrag: Hierbei wird der Klebstoff auf die Oberfläche des Fügeteils aufgetragen.
• Fugengestaltung: Hierbei geht es darum, die Fuge so zu gestalten, dass eine gute Haftung gewährleistet ist.

Die alternativen Adhäsionsmethoden

Es gibt alternative Klebemethoden, darunter:

• Schweißen: Dabei wird das Metall geschmolzen, um eine Verbindung herzustellen.
• Löten: Dabei werden zwei Metalle mithilfe einer Metalllegierung miteinander verbunden.
• Mechanische Befestigung: Hierbei werden Schrauben, Bolzen oder andere mechanische Befestigungsmittel verwendet, um zwei Komponenten zu verbinden.

Klebematerialien: Die klebrige Wahrheit

• Klebematerialien können in zwei Haupttypen unterteilt werden: natürliche und synthetische.
• Natürliche Klebstoffe werden aus organischen Materialien hergestellt, während synthetische Klebstoffe aus chemischen Verbindungen hergestellt werden.
• Beispiele für natürliche Klebstoffe sind Klebstoffe aus tierischem Eiweiß, Klebstoffe auf Stärkebasis und Klebstoffe aus Naturkautschuk.
• Zu den synthetischen Klebstoffen zählen polymerbasierte Klebstoffe, Schmelzklebstoffe und lösungsmittelbasierte Klebstoffe.

Lagerung und Haltbarkeit von Klebematerialien

• Klebematerialien sollten an einem kühlen, trockenen Ort gelagert werden, damit sie nicht austrocknen oder zu klebrig werden.
• Die Haltbarkeit eines Klebematerials hängt von seiner Zusammensetzung und der Art und Weise seiner Verarbeitung ab.
• Einige Klebematerialien, wie z. B. Schmelzklebstoffe, haben eine kürzere Haltbarkeit als andere und müssen möglicherweise innerhalb einer bestimmten Zeit nach ihrer Herstellung verwendet werden.
• Generell kann es sein, dass Klebematerialien, die über einen längeren Zeitraum gelagert werden, eine zusätzliche Verarbeitung oder Mischung erfordern, um sicherzustellen, dass sie weiterhin für den Gebrauch geeignet sind.

Alles zusammen: Auftragen von Klebstoffen

Bei der Auswahl des richtigen Klebstoffs für eine bestimmte Anwendung sind eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Diese beinhalten:

• Die zu verklebenden Materialien
• Der gewünschte Grad an Klebefestigkeit
• Die Größe und Fläche der Bindung
• Die dynamischen Kräfte, denen die Verbindung standhalten muss
• Die gewünschte Haltbarkeit der verklebten Bauteile

Verschiedene Arten von Klebstoffen sind darauf ausgelegt, unter unterschiedlichen Bedingungen eine gute Leistung zu erbringen. Daher ist es wichtig, den richtigen Klebstoff für die jeweilige Aufgabe auszuwählen. Zu den gängigen Klebstoffarten gehören:

• Feste Klebstoffe, die im geschmolzenen Zustand aufgetragen werden und beim Abkühlen erstarren
• Flüssigklebstoffe, die im nassen Zustand aufgetragen werden und dann zu einer Verbindung aushärten bzw. aushärten
• Druckempfindliche Klebstoffe, die bei Kontakt mit einer Oberfläche eine Verbindung herstellen sollen
• Kontaktklebstoffe, die auf beide Oberflächen aufgetragen und anschließend getrocknet werden, bevor sie miteinander verklebt werden
• Schmelzklebstoffe, die geschmolzen und dann auf eine Oberfläche aufgetragen werden, bevor sie mit der anderen verbunden werden

Auftragen von Klebstoffen

Sobald Sie den richtigen Klebstoff für Ihre Anwendung ausgewählt haben, ist es an der Zeit, ihn aufzutragen. Beim Auftragen von Klebstoffen werden im Allgemeinen folgende Schritte befolgt:

1. Bereiten Sie die Oberflächen vor: Die zu verklebenden Oberflächen sollten sauber, trocken und frei von Verunreinigungen sein, die die ordnungsgemäße Haftung des Klebstoffs beeinträchtigen könnten.

2. Kleber auftragen: Der Kleber sollte gemäß den Herstellerangaben aufgetragen werden. Dies kann das gleichmäßige Verteilen auf einer Oberfläche, das Auftragen in einem bestimmten Muster oder das Auftragen auf beide Oberflächen umfassen.

3. Flächen zusammenfügen: Die beiden Flächen sollten zusammengefügt werden, solange der Kleber noch feucht ist. Dies kann eine sorgfältige Ausrichtung oder die Anwendung von Druck erfordern, um eine starke Verbindung zu gewährleisten.

4. Kleber aushärten lassen: Der Kleber sollte gemäß den Anweisungen des Herstellers aushärten bzw. aushärten. Dies kann bedeuten, dass man es auf natürliche Weise trocknen lässt oder Wärme oder Energie einsetzt, um den Prozess zu beschleunigen.

Testen der Klebeleistung

Sobald der Klebstoff aufgetragen und ausgehärtet ist, ist es wichtig, seine Leistung zu testen. Dies kann das Messen der Festigkeit der Verbindung, das Testen ihrer Fähigkeit, dynamischen Kräften standzuhalten, oder die Überprüfung ihrer Fähigkeit, eine Verrundung (das Ausbreiten des Klebstoffs über die gewünschte Verbindungslinie hinaus) zu verhindern, umfassen.

Es gibt eine Reihe von Methoden, mit denen die Klebeleistung getestet werden kann, darunter:

• Zugversuch, bei dem die Kraft gemessen wird, die zum Aufbrechen der Verbindung erforderlich ist
• Schertest, der die Kraft misst, die erforderlich ist, um die verbundenen Komponenten auseinanderzuschieben
• Beim Schältest wird die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um die verklebten Komponenten auseinanderzuziehen
• Dynamische Tests, bei denen die Fähigkeit der Verbindung gemessen wird, wiederholten Belastungen und Belastungen standzuhalten

Wie lange hält Ihr Klebstoff? Die Haltbarkeit von Klebstoffen

Mehrere Faktoren können die Haltbarkeit von Klebstoffen beeinflussen, darunter:

• Lagerbedingungen: Klebstoffe sollten an einem kühlen, trockenen Ort gelagert werden, um Veränderungen in ihrer chemischen Zusammensetzung zu verhindern. Durch die Einwirkung von Feuchtigkeit, Hitze oder direkter Sonneneinstrahlung können sich Klebstoffe schneller zersetzen.
• Materialzusammensetzung: Die Zusammensetzung eines Klebstoffs kann dessen Haltbarkeit beeinflussen. Einige Klebstoffe enthalten Antioxidantien oder UV-Stabilisatoren, um ihre Stabilität im Laufe der Zeit zu verbessern.
• Alterung: Mit der Zeit können Klebstoffe altern und ihre physikalischen Eigenschaften wie Flexibilität oder Festigkeit verlieren. Die Alterung kann durch Einwirkung von Hitze, Feuchtigkeit oder Chemikalien beschleunigt werden.
• Temperatur: Klebstoffe können empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren. Extreme Temperaturen können dazu führen, dass Klebstoffe zu dick oder zu dünn werden, was ihre Klebefähigkeit beeinträchtigt.
• Tests: Hersteller führen Studien durch, um die Haltbarkeit ihrer Klebstoffe zu ermitteln. Bei diesen Studien wird die Haftfestigkeit des Klebstoffs über einen längeren Zeitraum getestet, um festzustellen, wann er sich zu verschlechtern beginnt.

Ablaufdatum und empfohlene Verwendung

Hersteller geben für ihre Klebstoffe in der Regel ein Verfallsdatum an, nach dem der Klebstoff nicht mehr verwendet werden sollte. Es ist wichtig, die empfohlenen Verwendungs- und Entsorgungsrichtlinien zu befolgen, um sicherzustellen, dass der Klebstoff stabil und chemisch unbedenklich bleibt. Die Verwendung abgelaufener Klebstoffe kann zu einer schwächeren Verbindung oder sogar zum Versagen der Verbindung führen.

Zusammenfassung

Das sind also Klebstoffe und ihre Wirkungsweise. Sie sind eine ziemlich nützliche Sache, und Sie sollten jetzt etwas mehr über sie wissen. 

Sie können Klebstoffe für alles verwenden, von der Konstruktion bis zum Buchbinden, also haben Sie keine Angst, sie zu verwenden. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie die richtige Sorte für den Job verwenden, dann ist alles in Ordnung.

Ich bin Joost Nusselder, Gründer von Tools Doctor, Content Marketer und Vater. Ich liebe es, neue Geräte auszuprobieren, und zusammen mit meinem Team erstelle ich seit 2016 ausführliche Blogartikel, um treuen Lesern mit Werkzeugen und Basteltipps weiterzuhelfen.